浅谈GPS技术和全站仪在变形监测中应用

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　　随着GPS 测量技术的发展,工程测量的作业方法发生了历史性的变革。GPS
　　技术具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位等功能,现已成功应用于工程测量等诸多领域。全站仪是自动化程度很高的野外测量仪器,精度高、应用广,但受通视条件、测量距离等因素制约。本文通过滑坡变形监测来讨论了两者的有机结合,探索出GPS 与全站仪相配合进行变形监测的作业方法,使用这两种仪器在实际测量中,提高了监测的工作效率、减少了外界的干扰、降低了作业人员的劳动强度,并且点位精度得到有效的保证。
　　
　　关键词：GPS 技术；全站仪；变形监测；应用
　　
　　1、变形观测
　　
　　变形是指变形体在各种荷载作用下，其形状、大小及位置在时间域或空间域的变化。变形监测又称为变形测量或变形观测，变形测量则是对设置在变形体上的观测点进行周期性地重复观测，求得观测点各周期相对于首期的点位或高程的变化量。变形体用一定数量的有代表性的位于变形体上的离散点（称监测点或目标点）来代表，监测点的变形可以描述变形体的变形。
　　1.1变形分类：
　　1）变形体自身的形变。变形体自身的形变包括：伸缩、错动、弯曲和扭转四种变形，
　　2）变形体的刚体位移。刚体位移则含整体平移、整体升降、整体转动和整体倾斜。
　　1.2变形监测分类：
　　（1）静态变形监测，静态变形是时间的函数，观测结果只表示在某一期间内的变形，静态变形通过周期测量得到。
　　（2）动态变形监测，动态变形指在外力（如风、阳光）作用下产生的变形，它是以外力为函数表示的，动态变形需通过持续监测得到。
　　
　　2、 平面基准点的布设和测量
　　
　　2.1平面基准点的布设
　　布网的总原则：首先，基准点要布设在地质条件较好的基岩上，且基准点不少于3个，通视条件好，便于观测，校核基准点位于较远点与工作基准点组成基准网，并满足变形测量规范的技术指标要求。其次考虑到测区为条件复杂，难以布设稳定的工作基点，因此在基准点布设在离滑坡体较远且不受大功率无线电发射源干扰的稳定基岩或山体上。
　　2.2 平面基准网的测量
　　鉴于平面基准网点间的通视条件较差，基准网的测量采用GPS 测量，按GPS D 级网要求进行施测。
　　2.2.1 基准和系统
　　空间基准：GPS 2000 历元，ITRF97 框架；平面基准： 1954 北京坐标系高程基准：1985 国家高程基准。
　　2.2.2 仪器及仪器检验
　　基准网的观测使用4 台中海达8200G 型双频GPS 接收机进行外业数据采集，所用的GPS 接收机在开始观测前按照有关要求进行了鉴定，鉴定结果正常，可以使用。在使用过程中进行了常规检查，在观测期间未发现异常情况。
　　2.2.3 外业数据采集
　　 选择有利观测时间，编制观测调度计划,在作业中根据实际情况及时调整调度计划。
　　天线的圆水准气泡始终居中，观测使用光学对点器对中，光学对点器在开始观测和结束观测后进行了严格的检较，观测时严格整平、对中，对中误差不超过1.5mm，脚架架立稳固。
　　观测时正确量取天线高，并记入观测手薄中，天线采取每时段测前和测后各量取一次，每次应从天线三个不同方向（间隔120°）量取，量高误差不大于2mm，取其平均值；详细注明天线的型号，半径及量测方法，并画出天线量测的示意图。
　　观测结束后，保存其原始观测文件，观测文件以观测日期为文件夹进行整理。并详细编制观测信息表，观测信息表包括观测日期、点号、仪器类型、仪器号、开机时间、关机时间、原始数据文件名、观测者、天线类型、量高方式、仪器高信息。
　　2.2.4 数据处理
　　基线处理软件采用随机解算软件。基线解算采用广播星历进行。当天采集的数据应立即计算，并根据基线残差分布图的分布情况，对观测质量不佳的数据予以剔除，对产生的周跳进行修复。
　　基准网平差计算软件为科傻系统（COSA）GPS 工程测量网通用平差软件包进行平差计算。该软件具有在世界空间直角坐标系(WGS-84)进行三维向量网平差（无约束平差和约束平差）、在椭球面上进行卫星网与地面网三维平差、在高斯平面坐标系进行二维联合平差、高程拟合等功能，并带有常用的工程测量计算工具，可以实现各种坐标转换。
　　
　　3、监测网布设、测量及数据处理
　　
　　3.1 平面监测网的布设
　　根据监测工作的需要和各种荷载的分析布设监测点且编上序号以便数据整理分析。
　　3.1 平面监测网的测量
　　水平位移监测网按二等边角网观测。测角测边采用拓普康TC800全站仪同时进行观测，标称精度：测角2″、测距3+2ppm。采用全圆方向观测法观测12 个测回，测边观测6个测回，每测回是指照准一次读数4 次。，各项限差按《建筑变形测量规范》执行。观测时使用拓普康原配棱镜，在观测中严格读取测站和镜站的干、湿温度和气压并将其和仪器常数直接置入仪器中。
　　3.1 平面监测网的数据解算
　　平面监测网的数据解算采用内业平差计算采用清华山维“NASEW V3.0”软件。
　　
　　4、精度评价
　　
　　4.1 平面基准网的精度评价
　　在三维无约束平差基础上，将基准点作为已知点成果进行约束平差计算。三维约束平差结果精度满足《全球定位系统(GPS)测量规范》和《设计书》要求，可以作为成果使用。各项精度指标见三维约束平差精度指标：
　　4.2 平面监测网的精度评价
　　水平位移监测网按二等三角网的测量技术要求边角同测，各项精度指标均应满足《建筑变形测量规范》要求。平差以平面基准点为固定点进行起算，边角的权配比用迭代法确定，经平差后各点的精度均要满足《建筑变形测量规范》。
　　5、结论
　　综上所述,GPS技术以其全天候、高精度、高速度、实时三维定位、误差不随定位时间而积累、高自动化等特点优于传统的测量技术,对于变形监测是一种非常有效的方法。特别是在比较复杂的监测工作中与全站仪进行合理的配合后,不但能大幅度降低成本,而且其精度不会降低,既提高了工作效率,又节省了大量的人力和物力。
　　

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